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Influence of different parameters on numerical simulation of vertical-axis marine current turbine based on OpenFOAM

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排灌机械工程学报 2020年第4期38卷 365-371页

作者： ji renwei SHENG Qihu SUN Ke LI Yan ZHANG Yuquan ZHANG Liang College of Shipbuilding Engineering Harbin Engineering UniversityHarbinHeilongjiang 150001China Institute of Ocean Renewable Energy System Harbin Engineering UniversityHarbinHeilongjiang 150001China College of Energy and Electrical Engineering Hohai UniversityNanjingJiangsu 211100China

Using the PimpleDyMFoam solver in open-source computing software OpenFOAM,based on the SST k-ωturbulence model and PIMPLE algorithm,a numerical simulation method of vertical-axis marine current turbines(VMCTs)is proposed,and the calculated results are compared with the experimental *** results show that the numerical simulation method is *** with other commercial softwares,this method has the advantages of higher solution efficiency and greater *** to the needs of users,the solver can be built on the basis of original code,and the corresponding discrete method can be *** method can achieve optimization algorithms,save time and cost,***,the effects of different parameters(mesh density,time step,the selection of sidewall boundary conditions and inlet turbulence intensity)on numerical simulation of the VMCT are studied in *** findings summarize an effective CFD simulation strategy based on OpenFOAM and provide a valuable reference for future CFD simulations of VMCTs.

关键词： numerical simulation hydrodynamic characteristics vertical-axis marine current turbine OpenFOAM

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水平轴潮流能水轮机艏摇运动水动力性能分析

工程热物理学报 2022年第5期43卷 1226-1232页

作者：张玉全赵梦晌郑源纪仁玮张智臧伟河海大学能源与电气学院南京210098 河海大学水利水电学院南京210098 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

为探究艏摇对漂浮式潮流能水轮机的影响,本文采用滑移网格模拟水轮机的艏摇和旋转运动,选用SST k-ω湍流模型对不同振幅和频率下的潮流能水轮机进行非定常模拟,在水槽试验中采用ADV测量固定式水轮机尾流场流速以验证数值模拟的准确性。... 详细信息

为探究艏摇对漂浮式潮流能水轮机的影响,本文采用滑移网格模拟水轮机的艏摇和旋转运动,选用SST k-ω湍流模型对不同振幅和频率下的潮流能水轮机进行非定常模拟,在水槽试验中采用ADV测量固定式水轮机尾流场流速以验证数值模拟的准确性。研究结果表明:艏摇运动时,水轮机的水动力系数整体波动频率为艏摇频率的2倍,同时伴随着频率为叶频的高频脉动;随着艏摇振幅的增加,水轮机的平均水动力系数逐渐减小,而随着艏摇频率的增加,其平均水动力系数逐渐增大,但均小于无艏摇工况下的水动力系数;在艏摇振幅最大位置处,水轮机不同叶片的迎水面受到不同程度的水压载荷,随着振幅的增大,尾流场速度分布逐渐丢失对称性,且出现较为明显低速区摆动现象。

关键词：潮流能水轮机艏摇运动水动力系数叶片载荷

基于改进延迟分离涡方法的潮流能水轮机纵摇运动水动力分析

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太阳能学报 2023年第6期44卷 15-23页

作者：纪仁玮孙科张玉全赵梦晌朱仁庆哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 河海大学能源与电气学院南京211100 中山大学海洋工程与技术学院珠海519082 江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212100

为探究强迫纵摇运动对浮式潮流能水轮机水动力性能的影响,该文基于改进延迟分离涡模型(IDDES)与滑移网格技术相结合的方法,建立了浮式潮流能水轮机旋转和纵摇耦合运动的CFD数值模型。首先选取潮流能水轮机的水槽试验结果来验证所建立的... 详细信息

为探究强迫纵摇运动对浮式潮流能水轮机水动力性能的影响,该文基于改进延迟分离涡模型(IDDES)与滑移网格技术相结合的方法,建立了浮式潮流能水轮机旋转和纵摇耦合运动的CFD数值模型。首先选取潮流能水轮机的水槽试验结果来验证所建立的数值模型的计算精度,其次在不同纵摇频率和纵摇幅值下,对浮式潮流能水轮机开展三维非定常模拟。研究结果表明:(1)水轮机水动力系数(能量利用率系数和轴向载荷系数)的整体波动频率为纵摇频率的两倍,同时伴随着频率为叶轮转频的高频脉动;(2)随着纵摇频率的增加,水轮机平均水动力系数略有增加,而随着纵摇幅值的增加,其平均水动力系数略有减小,但均小于无纵摇工况下的平均水动力系数;(3)在纵摇最大振幅位置处,水轮机各叶片迎流面承受不同程度的水压载荷。纵摇运动对平衡位置和最大振幅位置处的尾迹均有影响,且尾迹出现较为明显的低速区摆动现象。

关键词：潮流能水轮机纵摇运动水动力性能叶片载荷尾迹摆动

新一代涡识别方法在大偏航条件下风电机组复杂尾涡辨识中的适用性研究

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太阳能学报 2023年第7期44卷 486-495页

作者：纪仁玮孙科朱仁庆张幸雨张阁张玉全哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212100 河海大学能源与电气学院南京211100

为进一步了解大偏航条件下串列风力机组的复杂尾流特性,采用4种不同的涡识别方法(第一代Vorticity、第二代Q、第三代Liutex、第三代NewOmega)可视化串列风机组的尾涡结构,以探究新一代(第三代)涡识别方法(Liutex、NewOmega)在风力机大... 详细信息

为进一步了解大偏航条件下串列风力机组的复杂尾流特性,采用4种不同的涡识别方法(第一代Vorticity、第二代Q、第三代Liutex、第三代NewOmega)可视化串列风机组的尾涡结构,以探究新一代(第三代)涡识别方法(Liutex、NewOmega)在风力机大偏航条件下的适用性。首先,基于致动线(actuator line,AL)模型和一种局部动态Smagorinsky(localized dynamic Smagorinsky,LDS)亚格子模型,开发一套精度高、计算成本低的水平轴风力机尾流精细化数值模拟框架(AL-LDS耦合模型框架)。其次,选取NREL-5MW风力机为研究对象,将AL-LDS耦合模型的模拟结果与NREL基准值进行对比,从而验证AL-LDS耦合模型的精度。最后,编写最新的第三代涡识别方法(Liutex、NewOmega)后处理程序,并将新一代涡识别方法应用到大偏航条件下串列风力机组的尾涡辨识中,进而分析多机组间的复杂尾涡流动机理。结果表明:(1)AL-LDS耦合模型具有较高的计算精度;(2)第三代涡识别方法同样适用于大偏航条件下风力机尾涡结构的可视化,且可捕捉到尾流中成对的涡脱落现象以及破碎弱涡结构。

关键词：风力机致动线大涡模拟偏航新一代涡识别方法精细化数值模拟

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欧洲海洋风电场对海洋生态的保护综述

环境与发展 2022年第4期34卷 110-116页

作者：刘葳兴刘磊张之阳纪仁玮江苏海洋大学海洋与工程学院江苏连云港222005 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212100

欧洲研究人员发现风力发电站在建设过程中会对环境产生负面影响,但在运营阶段,许多海洋生物在此栖息繁衍。本综述的结论是,在为底栖动物栖息地、底栖动物、鱼类和海洋哺乳动物创造庇护所方面,海上风电场至少可以与现有的海洋保护区一样... 详细信息

欧洲研究人员发现风力发电站在建设过程中会对环境产生负面影响,但在运营阶段,许多海洋生物在此栖息繁衍。本综述的结论是,在为底栖动物栖息地、底栖动物、鱼类和海洋哺乳动物创造庇护所方面,海上风电场至少可以与现有的海洋保护区一样有效。这些生物在此地获得优势程度取决于风电场的位置和该地对渔业的限制。在某些条件下,风电场甚至可能是比普通海洋保护区更有效的保护手段。然而,海上风电场对几种海鸟会带来不利影响,主要是风电场占据了它们喜欢的觅食或越冬地。因此,并不是所有的风电场对海洋生态有积极影响。

关键词：风电场海洋保护区海洋生物

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不同参数对双浮体波能装置水动力特性的影响

排灌机械工程学报 2020年第6期38卷 589-595页

作者：纪仁玮盛其虎王树齐张玉全张亮哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212001 河海大学能源与电气学院江苏南京211100

以双浮体波能装置为研究对象,提出了一套基于ANSYS-AQWA模拟双浮体波能装置振荡运动的计算方法,采用Fortran的二次开发,考虑了线性PTO阻尼的影响,并将运动的数值结果与NREL的试验结果进行对比验证.详细探究了不同参数(波浪参数、发电装... 详细信息

以双浮体波能装置为研究对象,提出了一套基于ANSYS-AQWA模拟双浮体波能装置振荡运动的计算方法,采用Fortran的二次开发,考虑了线性PTO阻尼的影响,并将运动的数值结果与NREL的试验结果进行对比验证.详细探究了不同参数(波浪参数、发电装置参数和PTO参数)对双浮体波能装置水动力特性的影响.研究结果表明:波浪参数方面,存在1个最优波浪周期,使波能装置的发电功率最大,且增加波高有利于波能的俘获;发电装置参数方面,浮子的吃水、直径及浮筒阻尼板的直径均存在最优值,使能量俘获因子达到最大;PTO参数方面,存在最优阻尼系数,并给出了工程实际中的相对参考值.研究成果可为振荡浮子式双浮体波能装置的研究和设计提供有价值的参考.

关键词：波能装置双浮体系统二次开发水动力分析功率特性

振荡浮子式双浮体波浪能装置的阵列特性（英文）

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Journal of Marine Science and Application 2019年第3期18卷 325-333页

作者：纪仁玮盛其虎王树齐张玉全张学伟张亮 College of Shipbuilding Engineering Harbin Engineering UniversityHarbin 150001China Institute of Ocean Renewable Energy System Harbin Engineering UniversityHarbin 150001China College of Naval Architecture and Ocean Engineering Jiangsu University of Science and TechnologyZhenjiang 212001China College of Energy and Electrical Engineering Hohai UniversityNanjing 211100China

As the energy supply problem worsens, the development and utilization of marine renewable energy have become a research hotspot. The development of wave energy is moving from the near shore to the distant sea. The power-generation efficiency of a single two-floating-body wave-energy converter is relatively low. To fully utilize wave energy and improve the wave-energy capture rate of a fixed sea area, arranging a two-floating-body wave-energy converter array is necessary. This paper first introduces the basic theory of multi-floating flow field, time-domain calculation method, and influence factor of the waveenergy converter array. Then, the development of AQWA software in Fortran language considers the effect of power takeoff. A calculation method based on ANSYS–AQWA is proposed to simulate the motion of the oscillating-buoy two-floating-body wave-energy converter. The results are compared with the experimental results from the National Renewable Energy Laboratory. Finally, the ANSYS–AQWA method is used to study the power characteristics of simple and complex arrays of wave-energy converters. The average power generation of simple arrays is largest at 0°, and the average power generation of complex arrays does not change with the wave direction. Optimal layout spacing exists for the simple and complex arrays. These findings can serve as a valuable reference for the large-scale array layout of wave-energy converters in the future.

关键词： Oscillating buoy Two-floating body Wave-energy converter AQWA Converter array Power characteristics

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液货船边舱破损下的液舱晃荡及泄漏特性分析

上海船舶运输科学研究所学报 2016年第3期39卷 30-41页

作者：纪仁玮董进秦石洁张益凡江苏科技大学船海学院江苏镇江212003

液货船液舱晃荡具有很强的非线性和随机性,产生的砰击脉冲峰值极大,会对舱室结构形成巨大的冲击力,极易造成液舱破损事故发生。对此,基于Ansys14.5软件建立未破损的液舱模型,分别在无隔板和有垂直隔板2种情况下对比分析不同装载率的液... 详细信息

液货船液舱晃荡具有很强的非线性和随机性,产生的砰击脉冲峰值极大,会对舱室结构形成巨大的冲击力,极易造成液舱破损事故发生。对此,基于Ansys14.5软件建立未破损的液舱模型,分别在无隔板和有垂直隔板2种情况下对比分析不同装载率的液舱晃荡载荷;在此基础上,进一步建立边舱破损下的液舱模型,初步分析其晃荡载荷特性,并详细研究液舱破损后舱内油品的泄漏现象,分别探讨不同的外界激励参数和双舷侧对泄漏的影响;最后,通过物理试验观察油品的泄漏过程。

关键词：晃荡油品泄漏数值模拟物理试验

振荡浮子式双浮体波浪能装置的频域和时域分析

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上海船舶运输科学研究所学报 2019年第3期42卷 19-27页

作者：纪仁玮张亮王树齐朱仁庆哈尔滨工程大学海洋可再生能源研究所哈尔滨150001 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212001

为有效利用波浪能发电,对振荡浮子式双浮体波浪能装置进行分析。在对海洋结构物频域和时域的基本理论和计算方法进行分析的基础上,以双浮体波浪能装置为研究对象,提出一套基于势流理论的ANSYS-AQWA方法,对振荡浮子式双浮体波浪能装置的... 详细信息

为有效利用波浪能发电,对振荡浮子式双浮体波浪能装置进行分析。在对海洋结构物频域和时域的基本理论和计算方法进行分析的基础上,以双浮体波浪能装置为研究对象,提出一套基于势流理论的ANSYS-AQWA方法,对振荡浮子式双浮体波浪能装置的振荡运动进行模拟计算。利用Fortran对ANSYS-AQWA软件进行二次开发,在考虑线性脉冲串输出(Pluse Train Output,PTO)阻尼影响的条件下,将数值计算结果与NREL的试验结果相对比。针对特定的双浮体波浪能装置进行频域和时域的响应分析,为波浪能装置的进一步研究提供参考。

关键词：振荡浮子式双浮体波浪能装置二次开发水动力性能功率特性